JP2018085840A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクの増加が非線形である領域において、モータの制御を適切に行うことが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】このモータ制御装置１００では、モータ２００の駆動を制御するパラメータである、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子抵抗Ｒａ、および、トルク定数Ｋｔを決定する決定部１５と、決定部１５に決定されたｄ軸インダクタンスＬｄ、および、ｑ軸インダクタンスＬｑを、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する非線形化処理部１６と、非線形化処理部１６により非線形領域まで拡張されたｄ軸インダクタンスＬｄ、および、ｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを算出するトルク／電流変換部１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関し、特に、モータの駆動を制御するパラメータを決定する決定部を備えるモータ制御装置に関する。

従来、モータの駆動を制御するパラメータを決定する決定部を備えるモータ制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、目標電流演算部と、ＰＩ制御部（決定部）とを備える電動パワーステアリング装置が開示されている。目標電流演算部は、操舵トルク信号と車速信号とに基づいて、モータに供給する電流の値である電流目標値を決定するように構成されている。そして、目標電流演算部により演算（決定）された電流目標値が、減算器を介して、ＰＩ制御部に入力される。

ＰＩ制御は、ｄ軸電流ＰＩ制御部とｑ軸電流ＰＩ制御部とを含む。ｄ軸電流ＰＩ制御部は、制御パラメータである比例ゲインＫｄｐおよび積分ゲインＫｄｉを有している。比例ゲインＫｄｐおよび積分ゲインＫｄｉは、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｄ軸抵抗Ｒｄに基づいて設定される。また、ｑ軸電流ＰＩ制御部は、制御パラメータである比例ゲインＫｑｐおよび積分ゲインＫｑｉを有している。比例ゲインＫｑｐおよび積分ゲインＫｑｉは、ｑ軸インダクタンスＬｑおよびｑ軸抵抗Ｒｑに基づいて設定される。

具体的には、ｄ軸インダクタンスＬｄ、および、ｑ軸インダクタンスＬｑは、各種の電気角において測定されたモータのインダクタンスを所定の数式に代入することにより算出される。また、モータ・駆動回路系の閉ループ伝達関数の周波数特性が測定され、測定された周波数特性と、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑとから、ｄ軸抵抗Ｒｄおよびｑ軸抵抗Ｒｑが算出される。

そして、上記のように、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｄ軸抵抗Ｒｄに基づいて、ｄ軸電流ＰＩ制御部の制御パラメータである比例ゲインＫｄｐおよび積分ゲインＫｄｉが算出される。また、ｑ軸電流ＰＩ制御部の制御パラメータである比例ゲインＫｑｐおよび積分ゲインＫｑｉは、ｑ軸インダクタンスＬｑおよびｑ軸抵抗Ｒｑに基づいて、設定される。

特許第４０３９３１７号公報

ここで、一般的にモータでは、モータに流れる電流の増加に対して略線形的にモータのトルクが上昇した後、磁束の磁気飽和に起因して、トルクの上昇が線形でなくなる。具体的には、トルクの上昇が鈍るようになる。すなわち、電流の増加に対してトルクの増加が非線形になる。そして、上記特許文献１に記載のような従来の電動パワーステアリング装置（モータ制御装置）では、電流の増加に対するトルクの増加が線形の領域において、モータを制御するためのパラメータが決定されていると考えられる。このため、トルクの増加（磁束の変化）が非線形である領域において、モータの制御を適切に行うことができなくなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、磁束の変化が非線形である非線形領域において、モータの制御を適切に行うことが可能なモータ制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるモータ制御装置は、トルク指令に基づいて設定されたｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令により、永久磁石が設けられるモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、モータの駆動を制御するパラメータである、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、電機子抵抗、および、トルク定数を決定する決定部と、決定部に決定されたｄ軸インダクタンス、および、ｑ軸インダクタンスを、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する非線形化処理部と、非線形化処理部により非線形領域まで拡張されたｄ軸インダクタンス、および、ｑ軸インダクタンスに基づいて、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を算出するトルク／電流変換部とを備える。

この発明の一の局面によるモータ制御装置では、上記のように、決定部に決定されたｄ軸インダクタンス、および、ｑ軸インダクタンスを、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する非線形化処理部と、非線形化処理部により非線形領域まで拡張されたｄ軸インダクタンス、および、ｑ軸インダクタンスに基づいて、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を算出するトルク／電流変換部とを備える。これにより、決定部に決定されたｄ軸インダクタンス、および、ｑ軸インダクタンスが、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張されているので、トルクの増加が非線形である領域において、モータの制御を適切に行うことができる。

また、磁束の変化が線形である線形領域のみにおいて決定されたパラメータを用いる場合に比べて、モータのトルクを増加させることかできる。なお、この点は、後述する発明者によるシミュレーションにより確認済みである。すなわち、モータを大型化することなく、モータのトルクを増加させることかできる。

上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、決定部に決定された、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑ、非線形領域まで拡張されたｄ軸インダクタンスをＬｄ_now、ｑ軸インダクタンスをＬｑ_now、飽和低下係数をｋ_sat、磁束が飽和した時の電流をｉ_satとした場合、非線形化処理部は、下記の式（１）および（２）に基づいて、決定部に決定されたｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスを、非線形領域に拡張するように構成されている。

このように構成すれば、磁束が飽和した点（磁束の変化が線形である領域と非線形である領域との境界）において、式（１）により算出されたインダクタンスと式（２）により算出されたインダクタンスとが同じ値になるので、線形領域から非線形領域に渡って、モータの制御をスムーズに行うことができる。

この場合、好ましくは、非線形化処理部は、上記の式（１）および（２）に基づいたマップに基づいて、決定部に決定されたｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスを、非線形領域に拡張するように構成されている。

このように構成すれば、ｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスを非線形領域に拡張する際ごとに上記式（１）および（２）を算出する場合に比べて、比較的短時間でマップを参照することができるので、ｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスを非線形領域に拡張する処理時間を短縮することができる。また、マップを用いることにより、演算（算出）処理を行う必要がないので、制御負担を軽減することができる。

上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、トルク／電流変換部により算出されたｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を、それぞれ、ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令に変換する電流電圧変換部をさらに備え、非線形化処理部は、非線形領域に拡張されたｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスに基づいて、電流電圧変換部におけるゲインを調整するように構成されている。

このように構成すれば、ｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスのみならず、電流電圧変換部におけるゲインも非線形領域に拡張されるので、非線形領域においてモータの制御をより適切に行うことができる。

上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、トルク／電流変換部は、モータが、ロータに永久磁石が埋め込まれたモータである場合、モータの角速度が磁束の変化が線形である線形領域に対応する角速度である際、銅損を最小にする最大トルク／電流制御を行い、モータの角速度が非線形領域に対応する角速度である際、ｑ軸電流を減少させるとともに、ｄ軸電流を増加させる制御を行うように構成されている。

このように構成すれば、非線形領域においてｑ軸電流を減少させるとともにｄ軸電流が増加されることにより、磁束が弱められる（すなわち、弱め磁束制御が行われる）ので、非線形領域においてモータの回転数を増加させることができる。

上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、モータの回転の遅れを補償する遅れ補償部と、３相の電流から、２相の電流であるｑ軸電流およびｄ軸電流に変換する３相／２相変換部と、２相の電流であるｑ軸電流およびｄ軸電流から、３相の電流に変換する２相／３相変換部とを備え、遅れ補償部は、３相／２相変換部に対して遅れ補償は行わずに、２相／３相変換部に対して遅れ補償を行うように構成されている。

ここで、３相／２相変換部には、たとえば、弱め磁束制御（ｄ軸電流を大きくすること）が行われた後の電流が入力される。そして、遅れ補償部が、３相／２相変換部に対して遅れ補償を行った場合には、３相／２相変換部において、遅れ補償（ｄ軸電流を変化させること）と、弱め磁束制御（ｄ軸電流を大きくすること）とが混在する。そこで、上記のように構成することによって、遅れ補償（ｄ軸電流を変化させること）と、弱め磁束制御（ｄ軸電流を大きくすること）とが混在するのが抑制されるので、モータ制御装置の制御が複雑になるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態によるモータ制御装置のブロック図である。 ｑ軸電流とトルクとの関係を示す図である。 ｉｄ（ｉｑ）とＬｄ（Ｌｑ）との関係を示す図である。 Ｔｒｅｆと１／ｋＴ_sat／Ｋｔとの関係を示す図である。 ｉｄとｉｑとの分配を説明するための図である。 ｉｄｒｅｆ（ｉｑｒｅｆ）と、ｖｄｌｉｍ（ｖｑｌｉｍ）との関係を示す図である。 ωとＩａｍｅとの関係を示す図である。 トルクと回転数との関係（Ｎ−Ｔ特性）を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［本実施形態］
（モータ制御装置の構造）
図１〜図８を参照して、本実施形態によるモータ制御装置１００の構成について説明する。

（モータ制御装置の構成）
図１に示すように、モータ制御装置１００は、トルク指令Ｔｒｅｆに基づいて設定されたｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆにより、永久磁石（図示せず）が設けられるモータ２００の駆動を制御するように構成されている。以下、具体的に説明する。

モータ２００には、複数の永久磁石が設けられている。また、モータ２００は、ロータ（図示せず）に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）、または、ロータの表面に永久磁石が配置されたＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）からなる。また、モータ２００には、モータ２００の電気角θを検出する電気角センサ２０１が設けられている。

モータ制御装置１００は、トルク／電流変換部１を備えている。トルク／電流変換部１には、電力管理制御部２を介して、トルク指令Ｔｒｅｆが入力される。また、トルク／電流変換部１には、角速度算出部３によって算出されたモータ２００の角速度ωが入力される。そして、トルク／電流変換部１は、トルク指令Ｔｒｅｆおよびモータ２００の角速度ωに基づいて、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆとｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとを算出する。

また、モータ制御装置１００は、電流電圧変換部４を備えている。電流電圧変換部４には、トルク／電流変換部１により算出されたｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを、それぞれ、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆおよびｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆに変換する。

具体的には、電流電圧変換部４には、３相／２相変換部１３からのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが入力される。そして、電流電圧変換部４では、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆとｄ軸電流ｉｄとの差分、ｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとｑ軸電流ｉｑとの差分が、それぞれ、積分される。なお、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆとｄ軸電流ｉｄとの差分、ｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとｑ軸電流ｉｑとの差分は、それぞれ、ゲイン（後述する、ｋｉ、ｋｐ）が乗算された状態で積分される。

また、モータ制御装置１００は、制限部５を備えている。制限部５は、電流電圧変換部４から出力されるｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆおよびｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆの増大を制限するように構成されている。たとえば、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ（ｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆ）が、所定のしきい値以下の場合には、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ（ｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆ）は、そのままの値で制限部５から出力される。一方、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ（ｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆ）が、リミッタｖｄｌｉｍ（ｖｑｌｉｍ）よりも大きい場合には、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ（ｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆ）は、リミッタｖｄｌｉｍ（ｖｑｌｉｍ）の値（ある一定の値）に変換されて出力される。

また、モータ制御装置１００は、２相／３相変換部６を備えている。２相／３相変換部６は、制限部５から出力されるｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ（ｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆ）を、逆パーク変換および逆クラーク変換することにより、３相の電圧値に応じた電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗを出力するように構成されている。

また、モータ制御装置１００は、変調部７を備えている。変調部７は、２相／３相変換部６から入力される電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗに対して、包絡線中心シフト変調を行う。具体的には、変調部７は、電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗの値を互いに比較して、電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗの中間値の１／２を補正値とする。そして、変調部７は、電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗから、補正値を減算し、減算された値を出力するように構成されている。

また、モータ制御装置１００は、ＰＷＭ出力部８を備えている。ＰＷＭ出力部８は、変調部７から出力された信号（電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗから補正値が減算された信号）に基づいて、駆動部９に含まれる互いにブリッジ接続された複数のスイッチング素子（図示せず）を駆動するためのＰＷＭ信号ｐｗｍｕ、ｐｗｍｖおよびｐｗｍｗを出力する。

また、モータ制御装置１００は、駆動部９を備えている。駆動部９は、ＰＷＭ信号ｐｗｍｕ、ｐｗｍｖおよびｐｗｍｗに基づいて、複数のスイッチング素子を駆動することにより、モータ２００に３相の電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗを印加する。これにより、モータ２００は、印加された電圧ｖｕ、ｖｖおよびｖｗの周期に応じた速度により回転する。

また、モータ制御装置１００は、電流制限部１０を備えている。電流制限部１０は、モータ２００の制御（ベクトル制御）に用いられる電流を制限（後述する、電流制限Ｉａｍ、Ｉａｍｅ）するように構成されている。すなわち、電流制限部１０は、モータ２００のベクトル制御において、電流制限（Ｉａｍ、Ｉａｍｅ）よりも大きな電流が流れないように電流を制限するように構成されている。

また、モータ制御装置１００は、遅れ補償部１１を備えている。遅れ補償部１１は、モータ２００の回転の遅れを補償するように構成されている。一般にモータ２００の回転は、ソフトウェアの演算処理やモータ２００の応答の遅れ等、複数の要因によって遅れる。そして、遅れ補償部１１は、上記の複数の要因を考慮した遅れ時間と、角速度算出部３によって算出された角速度ωに基づいて、遅れ角を算出する。そして、算出された遅れ角を、電気角センサ２０１によって検出された電気角θ（レゾルバの信号に基づいて電気角算出部１２により算出された電気角θ）に加算して、加算した値θｃを、２相／３相変換部６に入力する。

ここで、本実施形態では、遅れ補償部１１は、後述する３相／２相変換部１３に対して遅れ補償は行わずに、２相／３相変換部６に対して遅れ補償を行うように構成されている。すなわち、遅れ補償は、２相／３相変換部６のみで行い、後述する弱め磁束制御の影響を含む電流が入力される３相／２相変換部１３では行われない。

また、モータ制御装置１００は、３相／２相変換部１３を備えている。３相／２相変換部１３は、モータ２００の各相の励磁電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを、クラーク変換およびパーク変換することにより、ｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄを算出する。

また、モータ制御装置１００は、非干渉制御部１４を備えている。非干渉制御部１４は、角速度算出部３から入力される角速度ωと、３相／２相変換部１３から出力されるｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄに対して、所定の演算（ｉｑとｉｄとの干渉に関する演算）を行い、補正値ｖｄ１およびｖｑ１を制限部５に出力する。

また、モータ制御装置１００は、モータ２００の駆動を制御するパラメータである、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子抵抗Ｒａ、および、トルク定数Ｋｔを決定（同定）する決定部１５を備えている。なお、決定部１５によるパラメータの決定方法については、後述する。

ここで、本実施形態では、モータ制御装置１００は、決定部１５に決定されたｄ軸インダクタンスＬｄ、および、ｑ軸インダクタンスＬｑを、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する非線形化処理部１６を備えている。そして、トルク／電流変換部１は、非線形化処理部１６により非線形領域まで拡張されたｄ軸インダクタンスＬｄ、および、ｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを算出するように構成されている。なお、非線形領域への拡張の詳細については、後述する。

なお、以下では、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電流ｉｄ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子抵抗Ｒａ、および、トルク定数Ｋｔ、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆ、および、ｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆを、それぞれ、ｉｑ、ｉｄ、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｒａ、Ｋｔ、ｉｄｒｅｆ、および、ｉｑｒｅｆと記載する。

（パラメータの決定方法）
モータ２００を駆動するためのパラメータ（所望のトルクを出力するためのパラメータ）である、Ｒａ、Ｋｔ、ＬｄおよびＬｑは、モータ２００の状態（温度など）によって変化する。そこで、パラメータは、実際にモータ２００が駆動されている（電流が流されている）状態で、実測された様々な測定値と、下記の式（３）とに基づいて、決定部１５により決定（同定される）。なお、以下の説明では、Ｋｔの代わりに、ψ_aが決定される。なお、Ｋｔとψ_aとは、ψａ＝Ｋｔ／Ｐｎ（Ｐｎは対極数）の関係を有する。

そして、上記の式（３）を、所定の条件（Ｒａ²＞＞ω²×Ｌｄ×Ｌｑなど）に基づいて修正することにより、下記の式（３ａ）〜式（３ｅ）が得られる。

ここで、Ｒａ、ｉｄｒｅｆ、ｉｑｒｅｆ、ψ_a、ＬｄおよびＬｑは、現在の値である。ｉｄおよびｉｑは、実測値（ｉｄａ、ｉｑａ）である。Ｒａ＾、ψ_a＾、Ｌｄ＾およびＬｑ＾は、計算後（次回）の値である。そして、上記の式（３ａ）〜（３ｅ）に基づいて、次回の制御に用いられるパラメータが決定される。なお、Ｒａは、式（３ａ）および（３ｂ）のどちらからでも求められるが、ＳＰＭモータでは、ｄ軸電流（ｉｄ）がゼロなので、Ｒａは、式（３ｂ）により求められる。

（パラメータの非線形領域への拡張）
次に、パラメータ（Ｌｄ、Ｌｑ）を、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する方法について説明する。

まず、図２を参照して、磁束の変化について説明する。図２に示すように、ｑ軸電流（横軸）の増加に伴って、トルク（縦軸）が増加する。ここで、ｑ軸電流がｉｑ_satよりも小さい場合、トルクは、ｑ軸電流の増加に伴って略線形に（略直線状に）増加する。一方、ｑ軸電流がｉｑ_sat以上の場合、トルクは、ｑ軸電流の増加に伴って非線形に増加する。具体的には、トルクの増加量がｑ軸電流の増加に伴って徐々に小さくなる。すなわち、磁束の変化は、ｑ軸電流の増加に伴って線形に増加した後、非線形に増加する。なお、以下では、ｑ軸電流がｉｑ_satよりも小さい領域を、線形領域と呼び、ｑ軸電流がｉｑ_sat以上の領域を、非線形領域と呼ぶ。なお、図２では、ｑ軸電流とトルクとの関係が示されているが、ｄ軸電流とトルクとの関係も、図２と同様である。

ここで、一般的な（従来の）パラメータの決定方法では、ｑ軸電流がｉｑ_satよりも小さい領域である線形領域において、パラメータが決定されている。このため、ｑ軸電流が非線形領域近傍の値の場合、モータの制御を適切に行うことができなくなり、トルクが低下する（所望のトルクが出力できない）ことが生じていた。

ここで、本実施形態では、非線形化処理部１６は、下記の式（１）および（２）に基づいて、決定部１５に決定されたｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを、非線形領域に拡張するように構成されている。

ここで、Ｌｄ_nowは、非線形領域まで拡張されたｄ軸インダクタンス、Ｌｑ_nowは、非線形領域まで拡張されたｑ軸インダクタンス、ｋ^* _satは、飽和低下係数、ｉ^* _satは、磁束が飽和した時の電流である。また、飽和低下係数ｋ^* _satは、一定の値（定数）である。

上記の式（２）に基づいて、Ｌｄ_nowおよびＬｑ_nowは、それぞれ、線形領域では、決定部１５により決定されたＬｄおよびＬｑと同じ値になる。また、上記の式（１）に基づいて、Ｌｄ_nowおよびＬｑ_nowは、それぞれ、非線形領域では、電流がｉ^* _satから大きくなる程、決定部１５により決定されたＬｄおよびＬｑよりも小さくなる。なお、電流がｉ^* _satの場合では、式（１）と式（２）の値は同値になる。すなわち、式（１）および式（２）によって算出されるＬｄ_now（Ｌｑ_now）は、線形領域と非線形領域との境界において連続している。

また、本実施形態では、非線形化処理部１６は、上記の式（１）および（２）に基づいたマップ（図３参照）に基づいて、決定部１５に決定されたＬｄおよびＬｑを、非線形領域に拡張するように構成されている。具体的には、上記の式（１）および（２）に基づいて、予め算出された様々な電流値に対するＬｄ_nowおよびＬｑ_nowの値が表（マップ）として記憶部（図示せず）に記憶されている。そして、非線形化処理部１６は、入力された電流値に対して、マップを参照することにより、Ｌｄ_nowおよびＬｑ_nowを出力する。

なお、図３に示すように、Ｌｄ_now（Ｌｑ_now）のマップは、Ｌｄ（Ｌｑ）の初期値によって異なる。一方、Ｌｄ_now（Ｌｑ_now）のマップは、Ｌｄ（Ｌｑ）の初期値によって上方向（点線のマップ参照）または下方向（破線のマップ参照）にシフトするだけで、マップの形状は変わらない。そこで、Ｌｄ（Ｌｑ）の初期値に応じて、マップの値が補正される（一定値が加算されるか、または減算される）。そして、非線形化処理部１６は、補正したマップを参照することによりＬｄ_nowおよびＬｑ_nowを出力する。

（ゲインの調整）
次に、電流電圧変換部４におけるゲインの調整について説明する。電流電圧変換部４は、ＰＩ制御を行うように構成されている。また、ゲインは、比例要素のフィードバックゲイン（以下、ｋｐという）と、積分要素のフィードバックゲイン（以下、ｋｉという）とを含む。

ここで、本実施形態では、非線形化処理部１６は、非線形領域に拡張されたｄ軸インダクタンス（Ｌｄ_now）およびｑ軸インダクタンス（Ｌｑ_now）に基づいて、電流電圧変換部４におけるゲインｋｐおよびｋｉを調整するように構成されている。具体的には、下記の式（４）および式（５）に基づいて、ゲインｋｐおよびｋｉが調整される。

ここで、ｋｐｏは、ゲインｋｐの初期値である。また、Ｌｏ^*は、Ｌ^*の設計値である。ｋｉｏは、ゲインｋｉの初期値である。また、Ｒａｏは、Ｒａの設計値である。ここで、Ｌ^* _now（Ｌｄ_now、Ｌｑ_now）は、非線形領域に拡張されたインダクタンスであるので、ｋｐも、非線形領域に拡張されたことになる。そして、非線形化処理部１６に調整されたゲインｋｐおよびｋｉが、電流電圧変換部４に入力される。

（トルク指令）
次に、トルク指令Ｔｒｅｆ（ｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆ）について説明する。

ＳＰＭモータでは、下記の式（６）に基づいて、ｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆが求められる。なお、ｉｑｒｅｆは、トルク／電流変換部１により求められる。

ここで、Ｔｒｅｆ_satは、非線形領域になる（線形領域と非線形領域との境界の）トルク指令である。また、ｋＴ_satは、トルク飽和係数であり、１以下の値（１≧ｋＴ_sat）である。

具体的には、トルク／電流変換部１は、上記の式（６）に基づいたマップに基づいて、ｉｑｒｅｆを求めるように構成されている。具体的には、上記の式（６）に基づいて、予め算出された様々なＴｒｅｆに対するｉｑｒｅｆの値が表（マップ）として記憶部（図示せず）に記憶されている。そして、トルク／電流変換部１は、入力されたＴｒｅｆに対して、マップを参照することにより、ｉｑｒｅｆを出力する。

なお、図４に示すように、Ｔｒｅｆと１／ｋＴ_sat／Ｋｔとの関係を表すマップは、Ｋｔが正規化されているので、補正せずにこのまま使用することが可能である。

なお、ＩＰＭモータでは、最大トルク／電流制御のマップを用いて、ｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆと、ｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとが個別に求められる。

（ｉｄおよびｉｑの配分）
次に、ｉｄおよびｉｑの配分について説明する。

ｉｄおよびｉｑの配分は、図５に基づいてトルク／電流変換部１により行われる。図５は、横軸は、ｄ軸電流ｉｄをであり、縦軸はｑ軸電流ｉｑである。図５の同心円は、角速度ωが一定の条件を満たす座標（ｉｄ、ｉｑ）を線分でつないだものである。角速度ωが大きくなるほど、同心円の大きさは小さくなる。また、ＩａｍおよびＩａｍｅは、電流制限（ベクトル制御を行う際の電流の制限）を表す。ｉｑがＩａｍ以下の領域は、線形領域に対応し、ｉｑがＩａｍとＩａｍｅとの間の領域は、非線形領域に対応する。

ＳＭＰモータでは、ｉｑは、線形領域（点線矢印Ａ１）から、非線形領域（点線矢印Ａ２）に渡って大きくされる。そして、ｉｑがＩａｍｅに達した後、ｉｑは小さくされる一方、ｉｄが大きくされる（点線矢印Ａ３および点線矢印Ｂ３）。ｉｑおよびｉｄは、減磁制限（ｉｄｌｉｍｉｔ）の点（ωｄ）に達するまで減少される。すなわち、結果的に、弱め磁束制御が行われる。

ＩＭＰモータでは、ｉｑおよびｉｄは、最大トルク／電流制御の線Ｃ１に沿って、線形領域（点線矢印Ｂ１）から、非線形領域（点線矢印Ｂ２）に渡って大きくされる。そして、ｉｑおよびｉｄがＩａｍｅの線上に達した後、ｉｑは小さくされる一方、ｉｄが大きくされる（点線矢印Ｂ３）。ｉｑおよびｉｄは、減磁制限（ｉｄｌｉｍｉｔ）の点（ωｄ）に達するまで減少される。すなわち、本実施形態では、モータ２００の角速度ωが磁束の変化が線形である線形領域に対応する角速度である際、銅損を最小にする最大トルク／電流制御を行う。また、モータ２００の角速度ωが非線形領域に対応する角速度である際（具体的には、ωがωｂａｓｅｅに達した後）、ｑ軸電流（ｉｑ）を減少させるとともに、ｄ軸電流（ｉｄ）を増加させる制御を行うように構成されている。なお、非線形領域においても、角速度ωがωｂａｓｅｅに達する以前（点線矢印Ｂ２）では、最大トルク／電流制御が行われる。

なお、最大トルク／電流制御では、下記の式（７）に基づいて、ｉｄは求められる。

また、具体的には、図５に示されているｉｑおよびｉｄの関係が、マップ（表）として、予め記憶部に記憶されている。そして、トルク／電流変換部１は、予め記憶されたマップに基づいて、入力された角速度ωに対応するｉｄ（ｉｄｒｅｆ）およびｉｑ（ｉｑｒｅｆ）を出力する。

（電圧のリミッタの設定）
次に、制限部５における電圧のリミッタｖｄｌｉｍおよびｖｑｌｉｍの設定について説明する。

図６に示すように、制限部５における電圧のｖｄｌｉｍおよびｖｑｌｉｍは、それぞれ、ｉｄｒｅｆおよびｉｑｒｅｆの変化に対応して変化する。なお、ｉｄｒｅｆおよびｉｑｒｅｆと、ｖｄｌｉｍおよびｖｑｌｉｍとの関係は、所定の演算式により算出される。そして、ｉｄｒｅｆおよびｉｑｒｅｆと、ｖｄｌｉｍおよびｖｑｌｉｍとの関係は、マップ（表）として、予め記憶部に記憶されている。そして、トルク／電流変換部１は、予め記憶されたマップに基づいて、入力された角速度ωに対応するｖｄｌｉｍおよびｖｑｌｉｍを出力する。

具体的には、角速度ωが、非線形領域に対応するωｂａｓｅ以上である場合、ｖｄｌｉｍおよびｖｑｌｉｍは、角速度ωの増加とともに減少した後、ωｃ（弱め磁束を行うための出力限界速度）以上で一定値にされる。

（角速度と電流の関係）
次に、図５、図７および図８を参照して、角速度ωと電流制限Ｉａｍｅとの関係について説明する。

ここで、Ｉａｍｅがωによらず一定の場合、図５に示されるＩａｍｅは、真円となる。この場合、ｉｑの配分が大きいと、トルクが飽和する傾向が強くなる。このため、トルクが非線形化する（線形化特性が劣化する）。そこで、図７に示すように、Ｉａｍｅをωに応じて可変にする。具体的には、｜ω｜（ωの絶対値）がω１よりも小さい場合、｜Ｉａｍｅ｜（Ｉａｍｅの絶対値）は一定である。そして、｜ω｜がω１以上ω２未満の場合、｜Ｉａｍｅ｜は、｜ω｜の増加に伴って線形に減少する。そして、｜ω｜がω２以上の場合、｜Ｉａｍｅ｜は一定である。

そして、図８に示すようにＩａｍｅをωに応じて可変にすることにより、回転数（縦軸）の増加に対してトルク(横軸)が略線形的に減少するようになる。すなわち、モータ２００が減磁しないようにＩａｍｅが変化されることにより、トルクが非線形化する（線形化特性が劣化する）のが抑制される。

（シミュレーション）
次に、図８を参照して、パラメータを非線形領域まで拡張する効果を確認するためのシミュレーションについて説明する。

図８に示すように、非線形領域まで拡張したパラメータによりモータ２００を駆動した場合には、線形領域のみのパラメータでモータ２００を駆動した場合に比べて、同一の回転数（縦軸）においてトルク（横軸）が大きくなることが確認された。ここで、線形領域のみのパラメータでモータ２００を駆動した場合には、線形領域と非線形領域との境界近傍において、適切にモータ２００を駆動できなくなると考えられる。このため、所望の大きさのトルクが出力できない（トルクが大きくならない）と考えられる。そこで、パラメータを非線形領域まで拡張することによって、線形領域と非線形領域との境界近傍において、適切にモータ２００を駆動することができ、その結果、トルクが大きくなったと考えられる。

また、図８に示すように、パラメータを非線形領域まで拡張することによって、モータ２００から出力可能がトルクの領域が大きくなったことが確認された。すなわち、線形領域のみのパラメータでモータ２００を駆動した場合には、出力可能な最大のトルクは、Ｔ１である。一方、パラメータを非線形領域まで拡張することによって、モータ２００の出力可能な最大のトルクは、Ｔ２（＞Ｔ１）となることが確認された。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、決定部１５に決定されたＬｄ、および、Ｌｑを、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する非線形化処理部１６と、非線形化処理部１６により非線形領域まで拡張されたＬｄ、および、Ｌｑに基づいて、ｉｄｒｅｆおよびｉｑｒｅｆを算出するトルク／電流変換部１とを備える。これにより、決定部１５に決定されたＬｄ、および、Ｌｑが、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張されているので、トルクの増加が非線形である領域において、モータ２００の制御を適切に行うことができる。また、また、磁束の変化が線形である線形領域のみにおいて決定されたパラメータを用いる場合に比べて、モータ２００のトルクを増加させることかできる。すなわち、モータ２００を大型化することなく、モータ２００のトルクを増加させることかできる。

また、本実施形態では、上記のように、非線形化処理部１６は、上記の式（１）および（２）に基づいて、決定部１５に決定されたＬｄおよびＬｑを、非線形領域に拡張するように構成されている。これにより、磁束が飽和した点（磁束の変化が線形である領域と非線形である領域との境界）において、式（１）により算出されたインダクタンスと式（２）により算出されたインダクタンスとが同じ値になるので、線形領域から非線形領域に渡って、モータ２００の制御をスムーズに行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、非線形化処理部１６は、上記の式（１）および（２）に基づいたマップに基づいて、決定部１５に決定されたＬｄおよびＬｑを、非線形領域に拡張するように構成されている。これにより、ＬｄおよびＬｑを非線形領域に拡張する際ごとに上記式（１）および（２）を算出する場合に比べて、比較的短時間でマップを参照することができるので、ＬｄおよびＬｑを非線形領域に拡張する処理時間を短縮することができる。また、マップを用いることにより、演算（算出）処理を行う必要がないので、制御負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、非線形化処理部１６は、非線形領域に拡張されたＬｄおよびＬｑに基づいて、電流電圧変換部４におけるゲインを調整するように構成されている。これにより、ＬｄおよびＬｑのみならず、電流電圧変換部４におけるゲインも非線形領域に拡張されるので、非線形領域においてモータ２００の制御をより適切に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、トルク／電流変換部１は、モータ２００が、ロータに永久磁石が埋め込まれたモータ２００である場合、モータ２００の角速度ωが磁束の変化が線形である線形領域に対応する角速度である際、銅損を最小にする最大トルク／電流制御を行い、モータ２００の角速度ωが非線形領域に対応する角速度である際、ｑ軸電流ｉｑを減少させるとともに、ｄ軸電流ｉｄを増加させる制御を行うように構成されている。これにより、非線形領域においてｑ軸電流ｉｑを減少させるとともにｄ軸電流ｉｄが増加されることにより、磁束が弱められる（すなわち、弱め磁束制御が行われる）ので、非線形領域においてモータ２００の回転数を増加させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、遅れ補償部１１は、３相／２相変換部１３に対して遅れ補償は行わずに、２相／３相変換部６に対して遅れ補償を行うように構成されている。ここで、３相／２相変換部１３には、たとえば、弱め磁束制御（ｄ軸電流を大きくすること）が行われた後の電流が入力される。そして、遅れ補償部１１が、３相／２相変換部１３に対して遅れ補償を行った場合には、３相／２相変換部１３において、遅れ補償（ｄ軸電流ｉｄを変化させること）と、弱め磁束制御（ｄ軸電流ｉｄを大きくすること）とが混在する。そこで、上記のように構成することによって、遅れ補償（ｄ軸電流ｉｄを変化させること）と、弱め磁束制御（ｄ軸電流ｉｄを大きくすること）とが混在するのが抑制されるので、モータ制御装置１００の制御が複雑になるのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、非線形化処理部が、上記の式（１）および（２）に基づいてＬｄおよびＬｑを非線形領域に拡張する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、式（１）および（２）以外の式に基づいて、ＬｄおよびＬｑを非線形領域に拡張してもよい。

また、上記実施形態では、非線形化処理部が、上記の式（１）および（２）に基づいたマップに基づいて、ＬｄおよびＬｑを非線形領域に拡張する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マップを用いずに、上記の式（１）および（２）を計算することにより、ＬｄおよびＬｑを非線形領域に拡張してもよい。

また、上記実施形態では、最大トルク／電流制御（線形領域、非線形領域）および弱め磁束制御（非線形領域）を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、非線形領域において、最大トルク／磁束制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、遅れ補償部が、３相／２相変換部に対して遅れ補償を行わない例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御が複雑になることが許容されるのであれば、３相／２相変換部に対して遅れ補償を行ってもよい。

１ トルク／電流変換部
４ 電流電圧変換部
６ ２相／３相変換部
１１ 遅れ補償部
１３ ３相／２相変換部
１５ 決定部
１６ 非線形化処理部
１００ モータ制御装置
２００ モータ
ｉｄｒｅｆ ｄ軸電流指令
ｉｑｒｅｆ ｑ軸電流指令
Ｋｔ トルク定数
ｋｉ、ｋｐ ゲイン
Ｌｄ ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ ｑ軸インダクタンス
Ｒａ 電機子抵抗
Ｔｒｅｆ トルク指令
ｖｄｒｅｆ ｄ軸電圧指令
ｖｑｒｅｆ ｑ軸電圧指令
ω 角速度

Claims (6)

1. トルク指令に基づいて設定されたｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令により、永久磁石が設けられるモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの駆動を制御するパラメータである、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、電機子抵抗、および、トルク定数を決定する決定部と、
   前記決定部に決定された前記ｄ軸インダクタンス、および、前記ｑ軸インダクタンスを、磁束の変化が非線形である非線形領域に拡張する非線形化処理部と、
   前記非線形化処理部により前記非線形領域まで拡張された前記ｄ軸インダクタンス、および、前記ｑ軸インダクタンスに基づいて、前記ｄ軸電流指令および前記ｑ軸電流指令を算出するトルク／電流変換部とを備える、モータ制御装置。
2. 前記決定部に決定された、前記ｄ軸インダクタンスをＬｄ、前記ｑ軸インダクタンスをＬｑ、前記非線形領域まで拡張された前記ｄ軸インダクタンスをＬｄ_now、前記ｑ軸インダクタンスをＬｑ_now、飽和低下係数をｋ_sat、磁束が飽和した時の電流をｉ_satとした場合、
   前記非線形化処理部は、下記の式（１）および（２）に基づいて、前記決定部に決定された前記ｄ軸インダクタンスおよび前記ｑ軸インダクタンスを、前記非線形領域に拡張するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
   

   
3. 前記非線形化処理部は、上記の式（１）および（２）に基づいたマップに基づいて、前記決定部に決定された前記ｄ軸インダクタンスおよび前記ｑ軸インダクタンスを、前記非線形領域に拡張するように構成されている、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記トルク／電流変換部により算出された前記ｄ軸電流指令および前記ｑ軸電流指令を、それぞれ、ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令に変換する電流電圧変換部をさらに備え、
   前記非線形化処理部は、前記非線形領域に拡張された前記ｄ軸インダクタンスおよび前記ｑ軸インダクタンスに基づいて、前記電流電圧変換部におけるゲインを調整するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記トルク／電流変換部は、前記モータが、ロータに前記永久磁石が埋め込まれたモータである場合、前記モータの角速度が磁束の変化が線形である線形領域に対応する角速度である際、銅損を最小にする最大トルク／電流制御を行い、前記モータの角速度が前記非線形領域に対応する角速度である際、ｑ軸電流を減少させるとともに、ｄ軸電流を増加させる制御を行うように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータの回転の遅れを補償する遅れ補償部と、
   ３相の電流から、２相の電流であるｑ軸電流およびｄ軸電流に変換する３相／２相変換部と、
   ２相の電流であるｑ軸電流およびｄ軸電流から、３相の電流に変換する２相／３相変換部とを備え、
   前記遅れ補償部は、前記３相／２相変換部に対して遅れ補償は行わずに、前記２相／３相変換部に対して遅れ補償を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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